文摘
三维(3 d)印刷技术是先进制造技术基于计算机辅助设计数字模型来自动创建个性化的3 d对象。他们被广泛应用于工业设计、工程和制造领域近30年了。过程工程三维印刷有许多优点,应用于牙科从假牙修复术,口腔颌面外科、口腔正畸治疗,牙髓学、牙周病学。本文提供了一个实用和科学的3 d打印技术的概述。首先,它介绍了目前3 d打印技术,包括粉床融合,光聚合成型、熔融沉积成型。此外,介绍了各种影响因素3 d打印技术指标,如力学性能和精度。最后一部分总结了临床应用的3 d打印技术在牙科,包括制造业工作模型和主要应用领域的假牙修复术,口腔颌面外科和口腔。3 d打印技术材料利用率高的优点,能够制造一个复杂的几何形状;然而,他们有高成本的缺点和耗时的后处理。新材料和新技术的发展将是未来的趋势,3 d打印技术在牙科和无可否认,3 d印制技术将有一个光明的未来。
1。介绍
1986年,查尔斯·赫尔介绍了第一个三维(3 d)印刷技术和产业发展出许多不同的制造技术,已应用于许多领域(1- - - - - -4]。1986年,船体专利有限元(SLA),建立和开发了一个3 d打印系统。1990年,斯科特嘎吱声收到专利申请熔融沉积成型(FDM) [5]。从那时起,3 d打印技术已经越来越进步。
三维印刷、加法制造的别名6),是一种先进的制造技术。它是基于计算机辅助设计(CAD)的数字模型,使用标准化的材料来创建个性化的3 d对象通过特定的自动过程(2,7,8]。用于快速原型,它已广泛应用于工业设计、工程和制造领域近30年了。新材料的快速发展,印刷技术和机器,3 d印刷可能会彻底改变传统教学和实验模式(5]。
在医学领域,如创伤学,心脏病,神经外科,整形外科,craniomaxillofacial手术,3 d打印技术通常用于数码影像在手术规划、医患沟通定制手术设备,(9]。在牙科领域,其应用范围从假牙修复术,口腔颌面外科、口腔正畸治疗,牙髓学,牙周病学10,11]。
与传统蜡损失相比技术和减法计算机数字控制方法,3 d印刷过程工程优势(12]。由于其快速生产、精度高和个人定制,完成假牙,植入牙齿更容易获得(13]。此外,3 d打印技术的应用在牙科患者可以帮助提供更低的成本和更个性化的服务,简化了复杂的工作流相关的生产牙科设备(7]。例如,3 d打印技术的普及之前,恢复被铣一般捏造。目前,3 d打印修复显示几个优势。一些研究表明,边缘和内部差距的3 d打印技术修复值明显低于铣修复(8]。例如,牙冠从传统的石膏模型通常是捏造的,目前,牙冠捏造从3 d打印模型也很受欢迎。然而,最近的一项研究表明,克朗捏造的适合使用3 d打印低于使用石膏模型,表明3 d打印技术是新技术与缺乏研究;因此,3 d印刷材料的处理仍然是有争议的(14]。
3 d打印技术可以快速接受CAD数据。此外,它可迅速制造单和小批量的零件,新样品,复杂形状产品,模具,模型(15]。它有许多优点,如材料利用率高,经济效益高,一定规模的生产产品的需求。然而,它仍然有一些缺点,比如处理和材料的高成本和耗时的后处理。不过,总的来说,3 d打印技术已经成功地应用于医学领域(16,17]。
本文讨论了三个主要的3 d打印技术,包括粉床融合(PBF),光固化,熔融沉积成型(FDM)。3 d打印技术的准确性影响因素包括工艺参数和材料成分也将被讨论。最后,本文介绍了应用于牙科的3 d印刷细节,包括制造业工作模型和主要应用领域的假牙修复术,口腔颌面外科和口腔。
2。三维印刷技术
根据不同的工作原理,3 d打印技术可以分为三类:PBF,光固化,FDM。如表中所示1他们可以提炼成特定技术,每个都有其独特的优势。
2.1。粉床融合(PBF)
粉状材料,可以烧结或融合激光辐射冷却和凝固,可以适用于激光烧结或融合技术(18]。根据能源和粉末材料,PBF分为以下印刷技术:选择性激光熔化(SLM),选择性激光烧结(SLS)电子束融化(实证)和直接金属激光烧结(摘要)19]。所有这些技术都使用热融化材料粉(20.]。在牙科,PBF是用于生产各种金属制品包括钛(Ti)牙科植入物,定制骨膜下的钛植入体、定制钛网骨移植技术,钴铬(钴铬)对印象植入程序的框架,钴铬和Ti帧牙科implant-supported假肢(20.]。此外,制造陶瓷修复(PBF显示相当大的潜力21),可用于制造框架冠,模型铸造牙和模型。
的定义术语“激光烧结”和“选择性激光熔化”不一致18]。操作环境温度的SLS和摘要不达到材料的熔点。金属粉末部分熔解,结果在一个大孔隙度和粗糙表面(22]。然而,在SLM的过程,直接在熔点粉融化。另一种方法,实证,不同于SLM利用电子束熔化的材料。这两种技术完全熔化金属粉末在惰性构建包含净化室氩气(22]。PBF使用辊应用粉从储层基质上构建平台。此后,激光或电子束选择性融合的粉末粒子根据横断面配置CAD文件产生。构建平台的形状下的数量级的印刷层的厚度,然后是不断的循环过程,直到对象终于建成[21]。
钛及其合金尤其适合3 d打印技术,特别是SLS [1]。研究已经证明,钛结构的使用3 d打印技术有很大的屈服强度、极限抗拉强度和良好的延性1]。在SLS陶瓷还可以使用;然而,制造陶瓷牙科应用程序采用一种间接的技术措施,依靠聚合物粘结保险丝陶瓷颗粒。产生的模制部件完全清洁和烧结21]。SLM不需要任何脱脂过程,因为它不涉及绑定生成中间绿色的碎片。基于PBF的制造时间也短于其他3 d打印技术(19]。然而,更高的加热和冷却率可能会导致热冲击和破裂。这可以避免通过预热粉。SLS-based产品可以软弱,多孔和需要复杂的后处理。基于这种技术的变化被称为摘要的产品非常密集。Ciocca等人提出了一个创新的多学科的方法来恢复萎缩上颌牙弓使用摘要的定义钛网引导骨再生(23]。
2.2。光固化
光固化技术是一个一般术语的一种3 d打印技术使用治愈的光敏树脂材料和模制光辐照下24]。它由三个主要技术:SLA、数字光处理(DLP),和照片喷气(PJ)。SLA和DLP技术的印刷过程可以分为三个离散过程:曝光、构建平台运动,和树脂再充填。
SLA是最早的实用的3 d打印技术及其装置由一个水库光敏材料供应商的液体树脂,模型构建平台,紫外线(UV)激光治疗的树脂。在建设过程中,构建平台是淹没在液体树脂,树脂是使用紫外激光聚合。然后,构建平台的移动距离相当于一层的厚度,然后未硫化的树脂覆盖上一层(图1(一))[1,21]。有两种方法可以在SLA移动平台技术。第一个是自上而下的运动平台的。覆盖了一层树脂浸泡在树脂水库建设平台。与激光扫描第一层后,施工平台移动下来,添加一个新的树脂层由一个轮子旁边。构建循环重复,直到创建对象。相比之下,在platform-bottom-up方法中,该平台是水库淹没底部的树脂,和之间的差距可以只有一个传播平台和底部层树脂。激光被放置在底部的水库,和树脂层将被扫描。固化后,平台增加了一层的距离,和树脂材料可以完全弥补之间的差距平台和底部由于重力。在platform-top-down platform-bottom-up方法有几个优点的方法。 First, in the second approach, the resin is in direct contact with oxygen as it undergoes polymerization, whereas light-curing occurs at the bottom to avoid oxygen interference in the platform-bottom-up approach. Second, the laser is located at the bottom, which reduces the potential for injury to the operators. Third, the resin can be refilled automatically owing to gravity. Therefore, most SLA printers currently introduce this technology [25]。
(一)
(b)
(c)
SLA的陶瓷、陶瓷颗粒加入到陶瓷泥浆固化树脂,选择性地治疗。作为泥浆的粘度影响结构的力学性能,陶瓷粉含量比树脂需要平衡。陶瓷与不同的化学成分、氧化铝、氧化锆等,具有良好的机械阻力和适合多晶陶瓷冠(26]。因此,这种陶瓷是SLA的研究和开发的重点。
DLP技术微系统由一个矩形排列的镜子,称为数字microreflector装置。每个镜子代表一个像素,投影图像的分辨率取决于镜片的数量。的角度microreflectors单独调整。光源发出的光折射的微镜,然后投射到表面印刷作为一个像素(图1 (b))[19,21]。相比,顺序扫描层在SLA中使用激光技术,DLP的优点是,整个层可以由单束激光辐照。每一层是独立构建相应层的形状或像素的数量,可以减少施工时间。
与上述两种模式合成液态单体和低聚物在特定地点,PJ的原则是photopolymerizable喷墨。在印刷过程中,打印头在移动 - - - - - -轴,光敏聚合物喷在桌子上,而一个紫外线灯发光沿运动方向的打印头治愈建筑上的光敏聚合物表面完成印刷一层。表然后下降一层沿 - - - - - -轴,该设备重复建设周期,直到对象是印刷(图1 (c))。这种技术的显著特征是材料的多样性,从热塑性塑料树脂和陶瓷,氧化锆粘贴。列出的所有材料可以打印和融合,这是一个比其他技术独特的优势。此外,inkjet-based 3 d印刷允许混合材料不同的材料在相同的位置,它可以形成对象的各种属性(27]。物体的表面质量和打印分辨率由光敏聚合物注入技术特别高,不需要任何表面抛光的小层厚度。
2.3。熔融沉积造型
FDM是其中一个最流行的和廉价的3 d打印技术在牙科28]。丝状热塑性材料加热和熔化的喷嘴。在计算机的控制下,喷嘴和工作台的移动 - - - - - -和 - - - - - -轴方向,分别和熔融状态的材料是通过积累的材料挤压最后凝固的叠层形式产品(1,26,29日]。
聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯和聚酰胺,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的工程热塑性塑料通常用于FDM应用程序(29日]。人民解放军更加环保,适合口腔1]。Yefang等人提到医疗级多子房的磷酸acid-tensioned-tricalcium支架构造用FDM是生物相容性和机械强度高,可作为组织支架在牙科30.]。此外,陈等人证明了自定义托盘FDM工艺可以生产的石膏模型(31日]。
3所示。影响因素3 d印刷产品
各种因素,如打印机工艺参数、材料组成、后处理,影响印刷产品,主要体现在准确性、处理时间,和材料属性如极限拉伸应力、弹性模量、屈服强度、冲击强度和诱导残余应力。
3.1。工艺参数
工艺参数,包括构建取向层厚度(32- - - - - -35),和后固化36),影响印刷效果。
3.1.1。构建取向
的设置构建取向影响材料性能,产品精度,和生物相容性。
SLA,昆塔纳等人的影响进行了探讨不同施工方向的极限拉伸应力和弹性模量的张力SLA-fabricated样本。他们与不同的轴(平行于构造样本 - - - - - -或 - - - - - -轴,或在一个45°角双重轴);布局(样本持平或edge-built) [37];微分距离和位置(平台)的中心。结果表明,极限拉伸应力和弹性模量没有显著影响轴和位置,但布局设置特性有显著的影响。样本建立在边缘显示更好的性能(3.53%比4.59%)相比,其他位置的方法(37]。另一项研究发现,印刷层方向垂直于加载方向比被平行的材料的抗压强度(38),也支持Chockalingam et al。34]。
的准确性,Alharbi et al。38]用SLA技术制造冠与各种建设性的角度,和结果表明,120°的角度提供了更大的尺寸精度和最小支持冠表面。然而,奥斯曼et al。39)发现,当基尼牙科修复使用DLP捏造,彩色地图和均方根估计显示最有利的偏差模式和尺寸精度最高的构造角为135°。同样,公园等人使用DLP技术打印三元使用两个植入假体在不同的建设方向(图2),观察到当建设角度设置为45°或60°(对应于上述135°和120°),内部差距较小,适合高(32]。
FDM,此外,所有飞机的样本印刷使用SLM技术满足生物相容性要求,和粗糙度幅值参数(Ra)水平和对角印刷是相对较高的,这可以增加表面活性的成纤维细胞(40]。此外,FLM技术水平印刷可以与更大的硬度(制造样品11]。
3.1.2。层厚度
最合适的层厚度为每个印刷技术可能会有所不同。
SLA,层厚度的影响时设置样品,程et al。41)提到的数量越少片(厚层),施工时间短;然而,与此同时,精度越低。据报道,当使用SLA技术打印和样品层厚度减少,试样的强度增加(33]。另一项研究由Chockalingam et al。34]表明,设置下60分钟后固化时间和垂直结构,最优层厚度为100μm层厚度。Loflin等人使用Cast-Radiograph评价分级体系,客观评估方法治疗结果的情况下提出了临床检查,评估最终的矫正和样品不同的层厚度设置;结果表明,层厚度为100μm是最好的选择42]。FLM印刷,Prechtel et al。研究表明,厚度为200μm是最好的选择在考虑质量和生产时间(11]。
3.1.3。加密比率
加密比固体体积分数的印刷部分。打印机提供了理想的加密比通过调整印刷线之间的气隙(43]。与SLS和SLM相比,填充率参数对FDM至关重要的施工技术(44]。FDM扎曼等人发现,填充比例是影响抗压强度的关键因素45]。阿里等人研究了五种不同的填充率的影响在20% - -100%的范围FDM印刷产品的力学性能。研究表明,填充率的增加,强度增加。当填充率很低,高强度值可通过精心设计和建筑的结构43]。目前,有许多FDM机市场上,每一个过程参数设置,将产生的影响相关的质量特征的部分。基于现有文献,获得高质量和增强性能,FDM工艺参数的优化是其中一个最重要的设计任务(46]。
3.1.4。其他参数
球团现象产生的碎片重熔型线是一个主要的SLM技术的缺点。因此,参数极大地影响产品的质量(47]。128.6毫米/秒的扫描速度和脉冲功率200 W的激光,生产优化概要文件的珠子,当扫描行间距是100μ米,3 d钴铬的身体表面最光滑的地方。同时,Prechtel等人的研究表明,FLM表现出较高的压痕硬度和模量的印刷速度1200毫米/分钟(11]
3.2。材料组成
材料的性能的关键3 d印刷过程和产品。许多研究人员已经研究了各种添加剂组件对材料的影响转换和属性为了提高印刷材料(48]。
维塔莱等人发现,染料的影响丙烯酸树脂的反应动力学;也就是说,随着染料浓度的增加,转换反应减慢(49,相反,4,4 - - - - - -bis (N, N-diethylamino)苯甲酮可以被添加到树脂coinitiator,导致更高的转化率比以前在每个时间点。王等人。50]发现基团,海泡石纳米纤维,石墨烯氧化物和TiO₂和SiO₂纳米粒子可以作为补充填料在epoxy-based树脂增强树脂的力学,尤其是海泡石纳米纤维,可提高树脂的拉伸强度增加41.4%,导致纳米复合材料的硬度112热释放率,适合制作高精度口腔模型。
几项研究旨在提高支架材料的性能。赵等人发现,双相磷酸钙陶瓷支架表现出更好的抗压强度值、弹性模量、播种效率、细胞增殖和分化能力比纯β磷酸三钙(β(tcp)和羟磷灰石(HA)支架51]。增加的重量比HA (wt %)减少支架降解和对细胞增殖是最佳的为40%,而在60%,脚手架表现出最佳的成骨分化。菲尔丁等。52和et al。53]添加二氧化硅(SiO₂)和氧化锌(氧化锌)掺质TCP支架和支架产生与增加密度,抗压强度高2.5倍,比纯粹的支架和细胞增殖。Prechtel等人报道,polyaryletherketone充满TiO₂Martens参数较高,也就是说,表现出更高的硬度(11]。很(54)提高了机械强度的原型通过添加浓度的20%短玻璃纤维聚合物材料,也是Karalekas和安东尼奥由于支持的研究55]。张成泽等人表明,氧化锆的体积分数的增加减少了治疗的深度和弯曲强度94 MPa 48卷% 674 MPa 58卷%(图3)[56]。Ottemer和科尔顿的研究表明aluminum-filled环氧树脂几乎没有降低力学性能和玻璃化转变温度在潮湿的环境中比传统树脂由于减少了水分吸收的影响衰老epoxy-based快速模具材料(57]。
3.3。后处理
适当的后处理可以提高印刷成本较高的样品的性能和更多的时间消耗。
树脂材料的收缩和变形有限SLA的发展;然而,后固化过程躲避这种劣势。
固化后表明,固化树脂对象暴露在固化温度或高于很长一段时间(36),紫外线和微波后固化可以提高弹性模量和极限强度的样本。同时,激光功率的增长可以增加样品的强度(54]。金达尔et al。36)使用405纳米光源(13 poly-directional发光二极管)后固化印刷清晰的牙对准器,发现的固化时间15 - 20分钟在40 - 80°C显著提高树脂的能力抵抗压力加载(36]。
FDM、王等人表明,激光抛光导致更高的耐腐蚀的样品,大约高出30%的热处理样品(50]。Gagg等人研究的影响最终的形态和力学性能的烧结温度3 d印刷样本,利用3 d印刷和烧结技术制备多孔钛样品在不同温度,并发现缩率大约是20%在最后烧结温度低于1100°C;然而,它大幅增加20%至1300°C,和样本硬度和屈服强度增加而增加在最后的烧结温度,而弹性模量保持稳定(图4)[58]。
3.4。老化
衰老的过程是指一系列的高分子材料的化学成分和结构的变化,由于环境因素。这些变化可以导致材料转换属性。
SLA、Ottemer和科尔顿对老化的影响的研究表明,光固化树脂力学性能的树脂和玻璃化转变温度降低在潮湿的环境中,而老化时间对这些属性(没有显著的影响57]。另一项研究表明,弹性模量、极限拉伸应力,弯曲模量,和力量都与老化时间的延长增加;然而,冲击强度和断裂伸长率下降59]。类似的实验调查的尺寸变化光固化树脂在不同温度和湿度显示,轻微的样本大小的变化是微不足道的,当相对湿度变化在20%和90%之间,而环境温度的增长增加了树脂的吸湿能力,导致样本量(显著增长60]。
FLM Prechtel等人受到印刷样品的热循环之间的5和55°C和水热老化2 h模拟体内条件15 - 29年,发现Martens参数减少,也就是说,硬度下降(11]。
3.5。额外的因素
除了上述因素外,许多其他因素影响到3 d印刷样品。
迪菲奥雷et al。61年]。预处理和postceramic解雇边缘相比差距在3 d打印的钴铬框架和发现postceramic发射的边缘缝隙大,不过仍低于120年μ米在临床可接受的极限。
使用一个棱柱模型,Ide等人研究了部分模型的准确性与不同程度的清晰度(30°、60°、45°20°,10°,和5°),发现角越小,越不准确(图也可以复制5)[62年]。托罗等人进行消毒和灭菌的影响3 d印刷手术指南,和结果表明,高压蒸汽灭菌(134°C)的刚度显著增加样本中无数的灭菌方法(63年]。
赵等人研究了大孔隙百分比的影响(Pmacro)支架和Pmacro的增加表明,支架的降解性增加(51]。Pmacro 50%的支架对细胞增殖是最好的,而30%的支架最大的促进成骨分化。
4所示。临床应用
制造业工作模型诊断和外科治疗似乎是最常见的使用3 d打印技术。此外,如表所示2,3 d打印技术不仅有各种各样的假牙修复术的临床应用,颌面外科、口腔移植学等领域也有很大的潜力以独特的优势。
4.1。工作模型
在传统的正畸治疗,矫正治疗方案的研究模型存在于物理石膏模型的形式,容易失去,休息,和退化64年]。在数字口腔正畸,3 d印刷主要是使用口服执行扫描仪,便携相机,电脑,和矫正软件,所有这些都可以用来构造牙科拱门。五个最受欢迎的印刷技术是FDM、PJ, SLA、SLS、DLP (65年,66年]。
与石膏模型相比,模型使用3 d打印技术准备工作有很多优势,包括轻重量,降低损伤概率的大部分材料,耐久性更好,更高的耐磨性,数字数据的共享。此外,环保材料可以用于印刷67年]。宋et al。68年]发现,与传统的石膏模型相比,3 d打印模型在准确性和重现性,有更多的优势和与铣削相比,3 d打印模型有较高的精度。此外,许多研究人员进行了广泛的研究,在数字模型的准确性和重现性。他们认为数字模型的准确性略低于原来的石膏模型;然而,临床可接受(69年,70年]。Hazeveld et al。71年]发现装配假肢捏造伪造的石膏模型比使用3 d印刷铸造;然而,并没有显著的差异,所有的值被临床接受的范围内。张成泽et al。66年)表明,制造精度固定牙齿三维打印模型低于传统的石膏模型;然而,它仍然是足够的临床研究。工作模型的准确性随3 d打印机使用的类型。Hazeveld et al。71年)发现,DLP比诊断模型更准确的准备使用其他类型的3 d打印机。
不仅质量指标和稳定性是重要的3 d打印模型的属性,而且表面模型的假牙修复术也同样重要,美学牙科和口腔正畸学(72年]。每一层的FDM模型显示清晰的线条;然而,高倍镜下,一些削减被发现可能影响材料的耐久性。大而圆的SLS显微照片显示了结构在坑谷物和一些漏洞。SLA模型有粒状结构;然而,他们的表面是同质(图6)。金达尔et al。36)发现与SLA相比,FDM提供打印质量差和分层表面。
此外,在面部重建,医生使用模型提高植入适合和设计工作,极大地提高重建结构的完整性和美学(73年]。Azuma等人发现,病人下颌重建使用biomimetic-based防止板有更好的下颌对称比那些传统的整形手术(74年]。同样,保罗和D 'Urso工作的效用模型与传统的图像相比在外科手术中,发现工作模型的使用显著提高测量精度,改善手术规划和手术时间平均减少17.63%(图7)[75年]。工作在教学演示模型也是一个优秀的角色,3 d打印提供模型具有良好的耐受性,可复制性,高保真,病人特异性(76年]。模型还可以优化工作术前手术规划和减少手术;因此,减少手术时间和风险(77年]。此外,工作模型可以作为一个参考用于术中无菌和有助于解释体积数据,促进团队沟通,帮助患者理解操作。
(一)
(b)
4.2。在假牙修复术中的应用
无可争议的是,3 d打印假肢潜力巨大,如医生所准备,扫描,并打印在一个会话在临床相关的情况下,节省时间和钱78年]。使用intraoral或extraoral扫描仪,精确的虚拟模型的牙齿可以做好准备。治疗和修复可以使用CAD设计软件。扫描和CAD设计数据可以用于铣削或印刷各种牙科修复(79年]。这个模块主要介绍了3 d打印在假牙修复术中的应用,包括制造业皇冠和桥假牙,完整的假牙,和可拆卸的局部义齿框架。
4.2.1。准备皇冠和桥梁假牙
临时冠的使用是一个过渡阶段,固定假牙,它应该可以满足机械、生物、和审美需求80年]。他们有几个功能。例如,临时冠应该保护牙周组织,减少牙齿的轻微运动,并保持咬合的函数(81年]。传统方法高度依赖于操作者的技能,和孔隙中创建材料混合可以削弱手工制造的机械强度临时冠,这可能最终导致骨折(82年]。此外,有固有的局限性在加工工具和材料特性83年,84年]。
皇冠和桥梁假牙可以使用树脂制作的3 d打印技术,如SLA或DLP (85年,86年]。与铣削相比,3 d打印技术材料的用量较少,几乎没有物质损失(87年]。此外,它可以同时打印各种材料与有利的细节再现性(48]。王等人发现,外部真实的真实的3 d打印冠不低于相应的磨克朗(图的现状8)[88年]。
(一)
(b)
一个不错的选择是至关重要的保证机械稳定性,耐用性、和周围软组织的健康78年]。适应性不足会导致牙菌斑堆积,microleaking胶粘剂,变色的边缘,和缺乏美学,牙齿敏感,龋齿,牙周病(89年]。临时冠制作使用3 d印刷有优秀的边缘和内部配合,比临时冠捏造更准确应用计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAM)或传统的铣方法(4,90年]。Pompa等人发现,临时冠的边缘和内部配合制造最[使用成型方法不同91年),其次是3 d打印和铣削方法。Aguirre等人认为,这可能是由于使用的材料成型方法的特点(在聚合体积收缩)92年]。聚合到一块,不同的是更大的(91年,93年]。同样,查图尔维迪et al。79年)认为,3 d打印技术提高了协调的近端,边缘,和内部临时冠,效果是明显的咬合的地区。Alharbi et al。8)认为,3 d印刷的边缘和内部间隙值显著低于研磨修复修复,和较低的边缘和内部配合可以归因于铣刀公差造成的错误(94年,95年]。
4.2.2。完整的假牙
3 d打印技术可以直接接收CAD数据和快速创建一个新的数字模型,可以应用于制造一个完整的义齿树脂基不需要模具、刀具、工装夹具(15]。
除了3 d打印技术,减法技术和传统配有和自凝技术也可以用于义齿制造基地(96年]。结合有机玻璃(PMMA)和压缩成型技术得到了广泛的应用。然而,这项技术的体积和线性收缩都高于3 d打印技术(97年]。3 d打印技术具有更快的假牙的生产,在工作过程中有更少的阶段,可以减少错误的可能性(93年]。然而,应用程序设计和开发的3 d打印完整的假牙仍在探索(98年]。
咀嚼的正确组织适应是至关重要的,性能保持和可拆卸的假牙的稳定性(99年]。Tasaka et al。One hundred.)报道,使用光聚合喷雾义齿基捏造是比传统的热聚合产生的更准确。Yoon et al。101年]相比义齿CAD / CAM基础(五轴铣削或DLP代)与传统包装按技术(PAP)来评估组织表面的适应性。结果表明,DLP假牙的适应性基础略优于铣或巴氏上颌义齿基地。Yoon et al。99年]。发现与义齿相比基地使用巴氏捏造,DLP假牙基地显示关闭适应性的承压面积上颌骨拱门。DLP和假牙基地都显示亲密的下颌骨舌斜率的适应。
由于损坏的可能性义齿基在现实生活中由于各种原因,高抗弯强度对义齿基[至关重要102年]。Aguirre et al。92年)表明,CAD / CAM材料的抗弯强度值高于compression-molded义齿的基础材料。相比之下,扎(103年)和Pacquet et al。104年]发现热PMMA弯曲强度高于CAD / CAM加工义齿基材。此外,假牙的制造方法也会影响性能。3 d打印材料的力学性能不如使用义齿生产基地的大多数铣义齿基材料和热聚合丙烯酸树脂(102年]。
4.2.3。可移动部分假牙框架
快速CAD / CAM的发展开辟了新的途径的加法和减法过程制造的可移动部分义齿(RPD)框架105年]。建设部分假肢的过程框架使用CAD / CAM如下。首先,使用一个intraoral或者extraoral扫描仪扫描的印象或传统投获得数字工作文件标准的镶嵌等文件(STL)。第二,STL文件转移到CAD软件设计,最后对3 d打印机生成定制的结构(图9)[106年,107年]。
这些新的数字工作流有更多的优点比传统工作流(9]。打蜡的传统工艺和投资造成蜡模和耐火材料铸扭曲可能导致贫穷的铸件与新的数字工作流(106年]。最重要的是,pressure-induced粘膜损伤和残留脊吸收是临床并发症的主要来源106年]。3 d打印技术的使用RPD使义齿生产基地提供更多的接触压力均匀,然后降低长期骨吸收的风险。最近,SLM已被证明产生临床可接受RPD框架(109年]。Tregerman et al。107年)发现,当SLM钴铬合金框架与演员或研磨RPD框架相比,前者被认为是改善组织和力学性能。
4.3。在口腔颌面外科中的应用
结合三维扫描技术的进步,如intraoral和extraoral扫描、锥beam-computed断层扫描(CBCT),和其他CAD / CAM技术,3 d打印技术在颌面外科领域的迅速发展(110年- - - - - -112年]。三维印刷手术技术有许多独特的优势,尤其是在改善对称craniomaxillofacial整形手术技术和功能的影响(113年]。雅各布斯和林craniomaxillofacial地区全面总结了应用程序,包括手术指导、咬合夹板,植入物(114年]。
4.3.1。咬合的夹板
咬合夹板是一个可逆的intraoral装置治疗属性。主要治疗颞下颌关节紊乱通过调整上下牙咬合关系拱门(115年- - - - - -117年]。
咬合夹板的传统生产工艺流程包括interocclusal蜡的上下牙齿咬合的注册工作模型和海藻酸的印象。这个方法是昂贵的117年),和错误的印象过程中可能发生或铸造生产过程116年]。制造业咬合夹板铣不仅费时而且浪费很多材料。咬合夹板的形状可以防止它们嵌套在一个圆形树脂空白。一个空白的只能机两个咬合的夹板,导致相当大的浪费(117年,118年]。此外,这种方法已经严重磨损铣工具,尤其是硬质材料。然而,在3 d打印,只有支撑结构时必须删除咬合夹板是生产。此外,几个夹板可以同时生产,大大提高了生产效率,节省了时间和成本116年]。然而,3 d印刷材料的反应力和抗衰老的能力不如那些传统的或铣树脂材料(116年,118年,119年),这将影响其长期使用。Lutz et al。118年岁]人为3 d印刷、研磨或传统上由咬合的夹板在咀嚼模拟器,发现3 d打印的咬合的夹板磨损和弯曲阻力较低比其他两种方法。可以使用3 d打印的咬合的夹板材料临床1月,这是符合当前审批材料(期限118年]。然而,对于精度、铣削类似于3 d打印的咬合的夹板(120年]。技术和材料上的差异会影响咬合夹板的性能。
4.3.2。外科植入物
在各种3 d打印技术,激光烧结和直接梁融化已经成为制造定制的多孔体的前缘等定制的钛网重建(23,71年]。SLS技术已经成功地开发了一个完全生物降解和骨骼导电纳米复合材料支架可调孔隙度和力学性能121年]。Farre-Guasch et al。121年)表明,植入物生产使用激光烧结技术可以引起下颌骨的形成。此外,Saijo et al。122年)准备一个新的定制的骨头α磷酸三钙粉使用喷墨打印机和植入患者的面部畸形。
4.4。应用口服移植学
3 d打印技术的应用在口腔移植学是开发口腔移植学纯经验模式从传统的数字和精确的模式。他们可以优化和简化医疗过程,大大降低了技术难度和技术风险和提高效率的牙医。
在口服移植学这个模块主要介绍应用程序,包括生产手术指南和3 d印刷定制托盘。
4.1.1。手术指南
手术指南可以显著改善临床治疗的准确性和时间效率,减少操作失误,让牙医治疗结果更可预测,让病人更好地理解植入治疗(123年]。手术导航系统包括动态和静态系统。动态指导使用机械或光学系统将虚拟手术区域的计划和在屏幕上实时显示的过程124年]。静态手术指南由3 d打印技术在实验室制作,叫做SLA指南由下巴模型间的间隙。静态手术指导不同于动态手术指南前手术期间不移动(125年,126年]。做一个静态的过程手术指南已经发生了巨大的变化。传统手术指南是基于全景辐射图像。然而,放大、扭曲和缺乏透明度的辐射图像限制手术指南的创建,从而导致不准确和不可靠的术前计划(127年]。然而,新手术指南结合CBCT, intraoral扫描技术、计算机辅助设计和虚拟规划环境可以创建相结合获得的数字文件(128年]。一旦完成治疗计划通过使用应用程序术前规划软件,可以由SLA手术指导。钻指南显示插入位置、角度和深度植入,它准确地转移病人通过模拟计划,建立计划和实际操作之间的联系在使用(图10)[126年,127年]。最佳牙科植体位置可以简化义齿修复的过程中,实现良好的审美效果,稳定周围软硬组织假牙很长一段时间(127年]。然而,牙科植体放置不当可以显著降低假体的成功率和长期的可预测性(126年]。因此,手术的准确性指导尤为重要。赫尔曼(129年]表明static-guided手术的相关误差小于的实时导航。然而,荣格et al。130年发现它们之间没有明显的统计学差异。Tahmaseb et al。131年相比)的准确性SLA指南与传统手术指南体外。传统手术的平均偏差在入口处指南为1.5毫米,顶点的平均距离偏差是2.1毫米,和SLA的平均距离偏差是0.9毫米和1.0毫米。结果表明,SLA指南的准确性更高。Al-Harbi和太阳132年)报道,当植入物被放置在患者使用stereolithographic指南,植入物的植入计划和实际位置几乎完全匹配的位置和轴。
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由于简单操作的优势,降低投资成本,静态技术广泛采用的首选手术方法指导(134年]。目前,大部分的植入品牌是基于相同的基本原则和SLA-guided手术系统。因此,相比之下,一个动态的系统,一个静态系统是更频繁地使用。简而言之,与传统动态引导或指导相比,SLA指南有显著的优势。
10/24/11。三维印刷定制托盘
至关重要,获得准确的制造假体植入的印象,和准确的无齿的印象是基础,确保恢复有很好的支持,保留稳定,恢复功能,保护口腔组织健康的能力。托盘的稳定位置的嘴是一个必要的因素进行准确的印象。准确、稳定的托盘可以提供统一的印迹材料厚度和足够的空间(135年]。由于其精度高,较短的处理时间(136年),和简单的程序和个性化,3 d打印技术可以生产定制托盘(137年],它正变得越来越受欢迎(138年]。提供CAD程序和3 d打印机的,几乎所有印刷工作可以完成定制托盘的生产过程设备(图11)。三维打印机也可以执行多个任务来提高他们的效率。因此,3 d打印技术完全可以简化直接implant-supported假牙的工作流无齿的病人。
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自定义托盘必须满足许多需求。首先,自定义托盘应该有足够的强度(139年]。第二,应该有足够的托盘和印迹材料之间的粘接强度140年]。第三,必须提供足够的刚度,以确保印象材料支持防止变形时铸件(141年]。第四,应该及时和印刷过程,最后,足够准确,以确保准确的印象(31日]。
定制托盘的准确性是一个重要的指标。当使用自定义托盘的3 d印刷、空间留给人的印象材料很好的控制轻微的偏差,从而提高准确性和重现性(31日]。所示的测试评价,定制托盘提供很大的进步精度与一个适当的范围的扩展和更均匀的三维空间印象材料相比,传统的手工定制托盘(31日]。
3 d打印定制托盘有几个优势,个性化和高精度等时,他们表现出更强的临床医师满意度比传统定制托盘。因此,它被广泛用于制造定制植入托盘(142年]。在未来,3 d印刷定制托盘可以进一步提升在临床使用。
5。结论
3 d打印技术的外观和破坏性的发展带来有利的情况下制造复杂的设备在各行各业。在牙科领域,3 d打印技术已经广泛的应用程序,从而能够创造新的和更有效的方法来制造牙科产品。最常见的应用程序创建工作模型诊断和手术,其次是各种植入设备,它可以帮助牙医为患者提供更可预测,微创,和低成本的过程。与复杂的结构,产品细结构,不便使用机械加工技术、3 d打印可以使用越来越多的材料类型和依靠数字数据来创建复杂的几何形状和准确地实现复杂和牙科领域的个性化需求。3 d打印技术的应用和基于3 d成像和CAD软件建模可以产生复杂的几何形状和材料利用率高的优点。
本综述的目的是提供一种实用的、科学的3 d打印技术的概述。在这次审查中,我们总结了3 d打印技术的分类和特点用于牙科。它还介绍了各种影响因素3 d打印技术基于第一部分的3 d打印技术。它主要介绍了四个部分:工艺参数、材料组成、后处理和老化。最后一部分提出一个总结的临床应用3 d打印在牙科,包括工作模型和特定的应用程序在假牙修复术,口腔颌面外科和口腔。
三维印刷将3 d生产转化为简单的二维叠加,这大大减少了设计和制造的复杂性;然而,同时,将会有许多缺陷,影响产品的性能。首先,逐层叠加原理导致各向异性,从而导致不同的力学性能在不同的方向和限制intraoral的长期使用工具,如咬合的夹板。第二,层厚度影响的存在实体数字模型的一致性,使设备具有高表面光滑的表面需求,如陶瓷修复,不理想的。未来的研究应该关注减少负面影响的3 d打印技术原则。同样重要的是要注意,3 d印刷需要一个数字文件采集设备和CAD软件的组合。设备的高成本使3 d打印技术的推广一个挑战。相比之下,虽然目前的3 d打印机可以打印模型相对较短的时间内,获得数字文件花费的时间;因此,3 d打印技术目前并不适用于紧急情况下。此外,打印模型的准确性相比有所减少的数字文件。 Additionally, there are some challenges, such as high process, material cost, and time-consuming postprocessing. The lack of well-trained operators may also hinder the application of 3D printing in medical treatment. Moreover, 3D printing technology is suitable for many fields, and most of the machines currently used are not customized for dentistry, which causes some functions to be unsuitable to medical staff. Owing to these drawbacks, 3D printing is still at a competitive disadvantage compared to traditional methods for manufacturing products in bulk. Therefore, 3D printing technology in dentistry should aim to reduce the cost and production time, optimize the surface quality, and improve the process reliability and performance gradient in materials. We anticipate that the use of 3D printers in dentistry will become more specialized and sophisticated in the future.
在未来,新材料和新技术,实现牙科需求应进一步发展和应用。例如,钴铬合金材料的修复是一个摘要的申请材料;然而,它的属性应该进一步研究以确保安全性和适用性的修复(143年]。此外,在临床应用中,3 d扫描仪,CBCT,和CT会更好结合3 d打印技术根据他们的优势,这将进一步促进数字化的发展过程,不仅简化了传统建模和生产过程,还能使产品更准确,简化生产工艺,降低劳动力成本(128年]。近年来,3 d打印技术已经发展到细胞水平,和3 d生物打印为各种组织的创建提供无限的可能性。3 d打印技术的应用在口腔软组织生物材料反映了从实验到临床144年]。例如,Nesic等人描述干细胞的潜力,3 d生物打印,基因治疗,和分层的仿生技术,可用于牙周组织再生(145年]。改善整个CAD / CAM过程,机器学习(ML)已经应用到所有方面的技术(146年]。ML算法的应用涵盖了所有主要方面的质量直接影响最后的3 d印刷部分,包括3 d印刷设计和其他方面相关的设计和制造过程的效率(147年]。在不久的将来,毫升将更广泛应用于3 d印刷领域。此外,虚拟现实设计可以与3 d打印技术在牙科领域。例如,个人可以直接执行的3 d设计修复在虚拟世界中,观察3 d重建产品更好地估计产品的可行性,减少时间和资源的浪费。总之,我们预计,3 d打印技术将有一个光明的未来。
数据可用性
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的利益冲突
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作者的贡献
跃亿田、陈ChunXu Xiaotong徐贡献同样这项工作。跃亿田、ChunXu陈和徐负责概念化,正式的分析,调查,初稿的写作。嘉荫王和Xingyu侯做了验证,写作的审查和编辑,和可视化。Kelun李肇星还做了验证,编写的审查和编辑。Xinyue Lu和江西省参与验证,资源,写作的审查和编辑,和监督。Eui-Seok李和亨博江参与验证、项目资源、监督和管理。